特约主编寄语

“双碳”目标驱动下我国将从两个方向开发建设大规模新能源基地,包括西部北部的陆上新能源基地和东部沿海的海上新能源基地。大规模新能源基地经柔性直流送出是必然的技术选择,所面临的关键技术问题可以分为三个方面。第一个方面是送端电网的优化组网与运行控制问题。大规模新能源基地所在电网薄弱,如何保障新能源基地外送电网的安全稳定运行,提高源-网-储与直流外送通道的协同调节能力是一个亟待解决的关键技术问题。第二个方面是柔性直流输电系统本身的设计控制问题。用于大规模新能源基地送出的柔性直流系统需要担负构建送端电网的责任,具体表现为送端电网的电压幅值和运行频率主要取决于柔性直流送端换流站的控制策略。第三个方面是受端电网的安全消纳问题。超大规模的新能源馈入受端电网,对受端电网的功率消纳和源荷平衡构成严峻挑战,同时对受端电网的安全稳定运行带来重大冲击。因此,本刊组织大规模新能源基地经柔性直流送出关键技术专刊,旨在与行业专家学者探讨该技术难题,分享该技术领域的研究成果、先进理念、科学方法和工程经验,以期为该技术领域研究者提供有益的启示。

基于数据驱动信息间隙理论的风光水储聚合商多元市场竞标决策模型

随着电力系统中可再生能源(renewable energy sources,RESs)比例不断增加,新能源参与能量市场和备用市场在技术上和经济上的重要性不断凸显。研究了含有风、光、水、储资源的RES聚合商在日前市场、备用市场及实时平衡市场等多个市场的综合竞价策略。针对北欧顺序交易市场框架,提出了一套考虑备用资源和波动补偿耦合的数据驱动信息间隙理论(data-driven information gap theory,DIGDT)决策模型解决RES聚合商的多阶段竞价优化问题。在DIGDT中采用基于置信区间的模糊集构造方法(confidence interval-based ambiguity set,CIAS)估计风、光的预测误差,通过机会约束对水电和储能(batteryenergy storage,BES)补偿出力偏差的可能性进行建模,并考虑备用资源与补偿容量的多时间尺度耦合。在备用市场中,利用基于备用调用场景的随机优化确保日前备用计划的可行性。通过案例分析验证了所提出模型的有效性。

基于主动迁移学习的电力系统拓扑自适应暂态稳定评估

在基于深度学习的数据驱动型电力系统暂态稳定评估技术中,需要解决的一个关键应用挑战是对系统拓扑结构变化和电网扩展的适用性问题。该文首先提出一种考虑电气属性的互注意力图池化方法,基于注意力机制,按照电网节点的属性和距离执行差异化的特征综合,提升图深度学习特征聚合对拓扑结构变化的适用性。在此基础上,提出一种基于主动迁移学习的暂态稳定评估方案,在电网结构大幅变化或扩展时可以利用少量新系统标注样本完成模型的学习。提出梯度加权距离评价样本相似性,从原系统中获取新系统样本伪标签以实现新系统模型的初始训练。设计考虑不确定性和多样性的主动采样策略从新系统中持续挑选高价值样本进行标注,大幅减少样本标注成本。在IEEE 39、300节点系统上的测试结果验证了该文方案的优越性。

图深度学习技术在智能暂态稳定评估中的应用及展望

数据驱动的暂态稳定评估模型是近年来的热点研究方向。深度学习技术具有高维输入空间的特征聚合能力,其引入能显著降低智能稳定评估模型设计中输入特征选择的主观性,并改善基于动态信息的评估模型预测精度。图深度学习(graph deep learning,GDL)框架进一步拓展了深度学习模型的拓扑学习能力,使其可以将状态特征与拓扑关系相结合,提升稳定评估模型的特征提取能力。论文分析了GDL应用于智能暂态稳定评估模型的设计框架,从图表示、图嵌入、全局聚合、训练方式4个方面探讨了暂态稳定评估应用中GDL的特征聚合性能提升方法。该文结合IEEE测试系统验证了GDL与传统深度学习模型的稳定评估性能差异以及多种性能提升方法的有效性。论文可为GDL在智能稳定评估领域的应用研究提供指导思路。

面向稳控策略校核的并联图注意力网络稳定评估模型

考虑稳控策略的数据驱动稳定评估模型可以实现稳控策略的快速评估与校核,是值得探索的研究方向。应用中不仅要求稳定评估模型准确判断系统失稳与否,还需要获得主导失稳机群等信息,辅助稳控策略调整。论文提出了一种并联结构的图深度学习稳定评估模型。分别采用图点积注意力网络和时序卷积网络,有效提取故障期间和稳控动作前后的关键特征。设计了发电机分段稳定指标,并通过机组级稳定指标和机组稳定分类指标的多任务并行预测和相互校核,实现了高精度和细粒度的稳定评估。在IEEE10机39节点系统算例的对比分析验证了模型的有效性和准确性。

考虑冷热电存储的区域综合能源站优化设计方法

提出了一套完整的综合能源站优化设计方法。首先根据可获得的能源型式和所有可行的能源转换和存储装备类型形成包含全部候选装备的区域综合能源站基本架构。在此基础上,建立了以经济与环保为目标函数,考虑储冷和储热运行规则和年运行模拟的较为完整的能源站设备容量优化模型。采用带反馈机制的改进多目标粒子群?单纯形算法,实现了能源站容量优化的Pareto决策面搜索;采用基于专家权重的模糊理想决策方法实现设计方案决策。以广州中新知识城某商住混合区为实例验证了所提方法的有效性。

小波变换在电力设备故障诊断中的应用研究

利用Parseval恒等式分析了信号谱分析中连续小波变换结果的物理涵义 ,并由此导出了信号特征谱分析中小波基的选取原则和小波母函数的通用选取方法。针对定子绕组单相接地故障 ,讨论了小波母函数的选取方法、基于小波变换的故障识别方法及实现过程 ,并与离散傅氏变换进行了对比分析。

基于一致性协议的多微网源荷控制策略

为消除多微网系统下垂控制有差调节产生的频率与电压偏差,提高系统的稳定性,提出基于多智能体系统的伪二跳一致性分层协调控制策略。通过MATLAB/Simulink搭建多微网仿真模型进行算例分析。结果表明,所提分层协调控制策略能快速消除系统频率与电压偏差,在指标偏差与控制速度方面均优于传统控制策略。

多馈入短路比指标的适用范围及其与直流最大传输功率的关系探讨

针对多馈入直流短路比指标对交流电网电压支撑能力的指示性和阈值关系尚不明确的问题开展研究,提出了指标与多馈入直流最大传输功率的对应关系,并通过直流准稳态模型下的功率曲线计算进行验证。基于网络方程对多馈入短路比指标与直流最大传输功率的关系给出了理论解析。最后通过EMTDC平台上的电网故障仿真检验了多馈入短路比指标的有效性和适用范围。文章旨在为电网规划设计中应用多馈入直流短路比来衡量交流电网直流接纳能力提供理论指导。

电网安全监测的智能化关键特征识别及稳定分区算法

提出了一种以关键运行特征识别和稳定薄弱环节辨识为目标的智能稳定评估方案,基于改进遗传算法与k阶近邻法(k-NN)相结合的稳定特征提取算法,实现对稳态运行信息中稳定关键特征的识别。在新英格兰10机39母线系统的仿真测试表明,算法能有效提取出反映不同区域稳定水平的少量关键运行特征变量,该特征较好地反映了失稳模式信息。通过构造基于BP网络的临界切除时间(CCT)预测器进一步验证了特征提取的有效性。基于特征提取结果与扰动位置的关联分析,提出了特征重合度判别方法,实现了对电网的稳定分区。

大规模配电网可靠性指标的近似估测算法

运用传统的解析法对大规模配电系统进行可靠性评估需要大量繁琐的数据录入工作和相当长的计算时间。借鉴广泛应用于日本配电系统的以“裕度”概念为基础的配电系统可靠度预测算法,针对国内实际配电网的结构特征引入必要的假设和近似,推导出一套适合于评估大规模配电网可靠性的显式算法公式。应用文中算法,需要的数据录入和维护工作量小,计算速度快,计算精度优于以“裕度”概念为基础的配电系统可靠度预测方法。所提算法考虑了中压配电网联络和转供以及转供容量约束的影响,能适应架空网和电缆网两类不同的网架结构,得出的可靠性评估指标能较好满足工程精度要求。论文详细介绍了算法原理和关键公式的推导, 并通过对比测试和在深圳配电网的实际应用验证了算法的有效性。

近海风电场接入对地区电网电压的影响和允许接入规模

近海风电场接入本地电源支撑不足的地区配电网时,风电出力波动引起的系统电压波动将是主要制约条件。文中研究近海风电场接入对地区电网电压波动的影响。首先,针对风电场定功率因数和定电压两种无功控制模式,推导了风电功率波动与接入点电压波动的量化关系。在此基础上,基于电压允许波动范围约束,建立了风电接入规模与节点短路容量的函数关系。在PSCAD/EMTDC中搭建近海风电场并网系统模型,对不同系统短路容量下风电场的最大并网容量进行了仿真测试,并与理论推导进行对照。最后通过珠海桂山风电场实际工程的仿真测算验证了模型的有效性。

面向暂态电压控制的大电网区域划分方法

暂态电压稳定控制越来越受到重视,实现分区控制是提高大电网运行稳定性的有效手段。文章提出了基于节点暂态电压特征的区域划分方法。根据节点暂态电压时序信息构建节点的向量型暂态电压特征,引入余弦相似度评价节点间暂态电压特征的相似性作为电气距离的衡量,采用仿射传播聚类算法对暂态电压行为特征相似的节点进行聚合,并利用轮廓系数进行分区方案的评价以获取最佳分区方案,实现了暂态电压控制区域的构建;基于此可进一步实现动态无功补偿规划以及暂态电压分区控制。在NE 39节点上进行算例分析,验证了所提方案的有效性。

基于集中质-量调节的综合能源系统供能管网管径优化设计方法及系统经济性分析

供能管网的投资和运行损耗对综合能源系统的工程可行性和经济性有重要的影响,因此提出了一套基于集中质-量调节运行模拟的综合能源系统供能管网管径优化设计方法。运行调节根据当前时刻负荷比最大的用户的负荷情况调节综合能源站的供水流量和温度,较好地贴近总负荷曲线;优化设计方法以等年值总投资最小为目标选择最优管径组合,综合考虑了系统初始投资和长期运行费用,提高了总体经济性。选择广州中新知识城某商住混合区作为算例,验证了所提方法的有效性,并分析了供能调节下的运行成本和综合能源系统供能半径对管网规划的影响。

配电网规划网架的线损理论评估方法

提出一种适用于规划网架的线损理论评估方法,对规划网架进行简化,假设每回馈线只包含主干线和一级分支线,并且各段长度一致和负荷均匀分布。推导出规划网架的线路损耗和配变负载损耗的等值电阻,利用馈线容量比值估算馈线最大电流。配变空载损耗与配变型号有关,统计各种型号配变台数即可得出配变空载损耗。最后推导出配电网损耗计算公式。算例表明所提算法具有较高的精度。

近海风电场接入城市电网规划原则

围绕近海风电场群接入电网的规划原则开展研究。系统总结了近海风电场接入电网的输电模式、并网电压等级、升压站无功补偿配置等规划方案选择问题。重点针对多个海上风电场接入同一区域电网时公共连接点(point of common coupling,PCC)点的选择问题进行了研究,通过理论模型分析了影响多个风电场接入后系统电压波动幅度的关键因素和电压波动的计算方法,并提出了PCC点选择的基本原则。通过珠海近海风电场群接入方案规划为实例,对比理论计算和数值仿真分析的结果,验证了所提测算方法的正确性。

基于人工智能的大系统分层在线暂态稳定评估

在对比分析电力系统已有暂态稳定评估 ( TSA)方法的基础上 ,提出了一种以人工智能为主体的层次型大系统在线暂态稳定评估方案。以一个 7机 2 4节点系统为例 ,详细介绍了基于启发式推理和人工神经网络的方案实现过程及仿真测试结果 ,并重点讨论了基于样本的输入特征向量筛选方法。该方案无需时域积分运算 ,能提供故障筛选、稳定评级、主导失稳机组估计以及危险事件的故障临界切除时间 ( CCT)估计等多级稳定信息 ,较好地满足了在线

适用于电网规划的光伏发电概率模型及其应用

提出了一种兼顾短时波动性和中长时间尺度变化规律的光伏电源出力概率模型。采用气象模型基于少量参数即可建立太阳辐照度小时均值在一年内变化的离散概率时间序列模型。采用Beta连续概率分布描述每小时内太阳辐照度相对于均值的随机波动性。所提模型所需统计参数少,能有效反映光伏电源出力时间特性的规律性和随机波动性。将算例结果与实际光伏电站辐照度检测数据进行对比,验证了所提模型的有效性。结合分布式光伏电源接入配电馈线的选址定容规划实例说明了所提模型的应用场景。

适用于控制型神经网络的快速学习算法

分析了ＢＰ学习算法中加速因子ε和衰减因子α对算法收敛性和学习精度的影响。在此基础上提出了一种适合于在线控制型神经网络进行训练学习的具有高速收敛性的变因子ＢＰ学习算法，给出了动态调整ε和α的计算公式，通过一个四层前馈感知器型神经网络对一组标准控制序列的学习，证明了该算法的优越性能。

线性扩张状态观测器和李雅普诺夫直接法在风电场同步稳定控制的应用

基于线性扩张状态观测器和李雅普诺夫(Lyapunov)直接法设计了风电场同步稳定控制策略,驱动系统达到故障后平衡点。首先将含有风电场接入的电力系统建模为串级系统,利用串级控制理论设计风电场稳定控制策略。其中,同步机为第一级,风电场为第二级子系统。针对同步机子系统,通过等效可控变换将多机系统转化为风电场等效可控系统,利用线性扩张状态观测器和Lyapunov直接法设计了改善系统同步稳定性的虚拟控制律。针对风电场子系统,基于线性扩张状态观测器设计了风电场的稳定控制律,使风电场功率调制能够快速跟踪虚拟控制律。控制策略无需系统的详细模型信息,具有良好的鲁棒性。在改进的IEEE39节点系统中,验证了控制策略的有效性和鲁棒性。